DE102023101550A1

DE102023101550A1 - Radar circuit for a level measuring device

Info

Publication number: DE102023101550A1
Application number: DE102023101550.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schultheiss; Roland Welle; Christoph Müller
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2023-01-23
Filing date: 2023-01-23
Publication date: 2024-07-25
Also published as: US20240247965A1; CN118376294A; EP4403885A1

Abstract

Radarschaltung für ein Füllstandmessgerät, aufweisend einen ersten anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und einen zweiten anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis, welche unterschiedliche Strukturgrößen und/oder unterschiedliche Halbleitertechnologien aufweisen.Radar circuit for a level measuring device, comprising a first application-specific integrated circuit and a second application-specific integrated circuit, which have different feature sizes and/or different semiconductor technologies.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft die Messgerätetechnik für die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Radarschaltung für ein Füllstandmessgerät, eine Verwendung einer solchen Radarschaltung sowie ein Radarfüllstandmessgerät mit einer Radarschaltung.The present invention relates to measuring device technology for process automation in industrial or private environments. In particular, the invention relates to a radar circuit for a level measuring device, a use of such a radar circuit and a radar level measuring device with a radar circuit.

Technischer HintergrundTechnical background

In der Prozessmesstechnik im industriellen oder privaten Umfeld werden Messgeräte mit Radarprozessoren verwendet, welche zur Füllstandmessung oder zur Objektüberwachung eingesetzt werden können. Derartige Messgeräte senden ein Radarmesssignal aus, welches beispielsweise von einer Füllgutoberfläche reflektiert und zum Messgerät zurückgestrahlt wird. Aus dem empfangenen, reflektierten Radarmesssignal kann der Füllstand bestimmt werden. Auch können derartige Radarprozessoren für Messgeräte ausgeführt sein, welche als Reflexionsmikrowellenschranke bezeichnet werden. Diese detektieren, ob sich ein Objekt im Strahlengang befindet oder nicht.In process measurement technology in industrial or private environments, measuring devices with radar processors are used, which can be used for level measurement or object monitoring. Such measuring devices send out a radar measurement signal, which is reflected, for example, by a product surface and beamed back to the measuring device. The level can be determined from the received, reflected radar measurement signal. Such radar processors can also be designed for measuring devices, which are referred to as reflection microwave barriers. These detect whether an object is in the beam path or not.

Die Energieversorgung der eingesetzten Messgeräte ist oft deutlich eingeschränkt, da diese beispielsweise an eine 4 bis 20 mA-Zweidrahtleitung angeschlossen oder autark ausgeführt sind und ohne externe Energieversorgung arbeiten. The power supply of the measuring devices used is often significantly limited because they are connected to a 4 to 20 mA two-wire line, for example, or are designed to be self-sufficient and work without an external power supply.

Insbesondere besteht ein Spannungsverhältnis zwischen der Genauigkeit der Messung und ihrer Häufigkeit auf der einen Seite und dem Energiebedarf sowie der Lebensdauer des Messgeräts auf der anderen Seite.In particular, there is a tension between the accuracy of the measurement and its frequency on the one hand and the energy consumption and the service life of the measuring device on the other.

ZusammenfassungSummary

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen energieeffizient arbeitenden Radarprozessor für ein Messgerät bereitzustellen, mit dem eine hohe Messgenauigkeit bei geringem Energieverbrauch bereitgestellt werden kann.It is an object of the present invention to provide an energy-efficient radar processor for a measuring device with which high measurement accuracy can be provided with low energy consumption.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Radarschaltung für ein Füllstandmessgerät, die einen ersten und einen zweiten anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) aufweist. Der erste ASIC weist eine erste Strukturgröße auf und/oder ist in einer ersten Halbleitertechnologie gefertigt. Der zweite ASIC hingegen weist eine zweite Strukturgröße auf und/oder ist in einer zweiten Halbleitertechnologie gefertigt. Die erste Strukturgröße ist unterschiedlich zu der zweiten Strukturgröße und/oder die erste Halbleitertechnologie ist unterschiedlich zu der zweiten Halbleitertechnologie.A first aspect of the present disclosure relates to a radar circuit for a level measuring device, which has a first and a second application-specific integrated circuit (ASIC). The first ASIC has a first feature size and/or is manufactured using a first semiconductor technology. The second ASIC, on the other hand, has a second feature size and/or is manufactured using a second semiconductor technology. The first feature size is different from the second feature size and/or the first semiconductor technology is different from the second semiconductor technology.

Auf diese Weise ist es möglich, die Prozessierung und den Betrieb der beiden ASICs auf die Erfordernisse anzupassen, die sie erfüllen müssen. So kann beispielsweise der erste (oder der zweite) ASIC für Steuerungs- und Messwertberechnungsaufgaben eingesetzt werden, wohingegen der zweite (oder der erste) ASIC zur Erzeugung des Radarmesssignals eingerichtet ist. Diese beiden Aufgaben finden bei stark unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen statt. So kann der zweite ASIC ausgeführt sein, dass er einen Arbeitsbereich von 6 GHz, 24 GHz, 60 GHz, 80 GHz, 120 GHz, 180 GHz oder 240 GHz oder darüber aufweist.In this way, it is possible to adapt the processing and operation of the two ASICs to the requirements they must meet. For example, the first (or second) ASIC can be used for control and measurement calculation tasks, whereas the second (or first) ASIC is set up to generate the radar measurement signal. These two tasks take place at very different operating frequencies. For example, the second ASIC can be designed to have an operating range of 6 GHz, 24 GHz, 60 GHz, 80 GHz, 120 GHz, 180 GHz or 240 GHz or more.

Insbesondere kann der zweite ASIC ein MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) sein.In particular, the second ASIC can be an MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit).

Der erste ASIC hingegen kann einen Arbeitsbereich im Megahertzbereich aufweisen, beispielsweise bei 40 MHz.The first ASIC, on the other hand, can have an operating range in the megahertz range, for example at 40 MHz.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Strukturgröße des ersten (oder des zweiten) ASICs kleiner ist als 50 nm, wohingegen die Strukturgröße des zweiten (oder des ersten) ASICs deutlich größer ausfallen kann, beispielsweise 130 nm.In particular, it can be provided that the structure size of the first (or the second) ASIC is smaller than 50 nm, whereas the structure size of the second (or the first) ASIC can be significantly larger, for example 130 nm.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind der erste ASIC und der zweite ASIC übereinandergestapelt oder einander überlappend angeordnet.According to an embodiment of the present disclosure, the first ASIC and the second ASIC are stacked or overlapped.

Beispielsweise ist der erste ASIC auf Trägerplatte angeordnet, wohingegen der zweite ASIC auf dem ersten ASIC angeordnet ist.For example, the first ASIC is arranged on the carrier board, whereas the second ASIC is arranged on the first ASIC.

Der zweite ASIC kann auf oder in einer Aussparung der Trägerplatte angeordnet sein, wobei der erste ASIC auf dem zweiten ASIC angeordnet ist.The second ASIC can be arranged on or in a recess of the carrier plate, wherein the first ASIC is arranged on the second ASIC.

Gemäß einer Ausführungsform weist der erste ASIC auf seiner Oberseite eine Metallisierung als Reflektor auf, um die von dem zweiten ASIC erzeugten Radarmesssignale zu reflektieren und somit in eine andere Richtung zu lenken, hin zum Füllgut.According to one embodiment, the first ASIC has a metallization on its upper side as a reflector in order to reflect the radar measurement signals generated by the second ASIC and thus direct them in a different direction, towards the filling material.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Trägerplatte unterhalb des ersten ASICs eine Metallisierung als Reflektor auf, um die von dem zweiten ASIC erzeugten Radarmesssignale zu reflektieren.According to a further embodiment, the carrier plate below the first ASIC has a metallization as a reflector in order to reflect the radar measurement signals generated by the second ASIC.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Radarschaltung einen Primärstrahler auf, der eingerichtet ist zum Aussenden des von dem zweiten ASIC erzeugten Radarmesssignals, wobei der Primärstrahler auf dem zweiten ASIC oder auf der Trägerplatte angeordnet ist.According to a further embodiment, the radar circuit has a primary radiator which is configured to emit the radar measurement signal generated by the second ASIC, wherein the primary radiator is arranged on the second ASIC or on the carrier plate.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der erste ASIC eine Phasenregelschleife, PLL, eine Analog-Digital-Wandlerschaltung, ADC, einen endlichen Zustandsautomaten, FSM, und/oder eine digitale Schnittstelle zu einem Prozessor der Radarschaltung auf.According to a further embodiment, the first ASIC comprises a phase locked loop, PLL, an analog-to-digital converter circuit, ADC, a finite state machine, FSM, and/or a digital interface to a processor of the radar circuit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste ASIC eingerichtet, einen spannungsgesteuerten Oszillator, VCO, des zweiten ASICs und/oder einen Multiplier des zweiten ASICs zu versorgen.According to a further embodiment, the first ASIC is configured to supply a voltage controlled oscillator, VCO, of the second ASIC and/or a multiplier of the second ASIC.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der erste ASIC und der zweite ASIC separate Bauteile. Der zweite ASIC ist ein Radarchip, der eingerichtet ist zum Erzeugen eines Radarmesssignals, welches daraufhin von einer Antenne oder einem Strahlerelement abgestrahlt wird. Der oben angesprochene Prozessor ist eingerichtet zum Ermitteln eines Messwerts aus den empfangenen Radarsignalen. Die beiden ASICs sind über entsprechende Steuer- und Versorgungsleitungen miteinander verschaltet.According to a further embodiment, the first ASIC and the second ASIC are separate components. The second ASIC is a radar chip that is set up to generate a radar measurement signal, which is then emitted by an antenna or a radiator element. The processor mentioned above is set up to determine a measurement value from the received radar signals. The two ASICs are connected to one another via corresponding control and supply lines.

Der erste ASIC kann als Radar Companion ASIC ausgeführt sein, der Steueraufgaben und/oder Messwert-Erfassungsaufgaben in der Radarschaltung übernimmt. Somit können wesentliche Steuer- und Erfassungsaufgaben bei der Verwendung verschiedener Radarchips preisgünstig in einer kompakten Einheit vereint werden und gleichzeitig kann ein energieeffizienter Betrieb des entsprechenden Radarchips ermöglicht werden.The first ASIC can be designed as a radar companion ASIC, which takes over control tasks and/or measurement data acquisition tasks in the radar circuit. This means that essential control and acquisition tasks can be combined in a compact unit at low cost when using different radar chips, and at the same time energy-efficient operation of the corresponding radar chip can be enabled.

Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.The term "process automation in an industrial environment" can be understood as a branch of technology that includes measures for operating machines and systems without human involvement. One goal of process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors. A variety of sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow, pressure or density are monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.

Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation von Anlagen und die Logistikautomation von Lieferketten. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.A sub-area of process automation in the industrial environment concerns the logistics automation of systems and the logistics automation of supply chains. With the help of distance and angle sensors, processes inside or outside a building or within a single logistics facility are automated in the field of logistics automation. Typical applications include logistics automation systems in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control). What the examples listed above have in common is that presence detection in combination with precise measurement of the size and position of an object is required by the respective application. Sensors based on optical measuring methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras that measure distances according to the time of flight (ToF) principle can be used for this.

Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-/Fertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar.Another area of process automation in the industrial environment concerns factory/production automation. Applications for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or in the packaging sector in general. The aim of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines and/or robots, i.e. to run it without human involvement. The sensors used here and the specific requirements with regard to measurement accuracy when recording the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Radarfüllstandmessgerät mit einer oben und im Folgenden beschriebenen Radarschaltung angegeben.According to a further aspect, a radar level measuring device with a radar circuit as described above and below is provided.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung einer oben beschriebenen Radarschaltung in einem Radarfüllstandmessgerät.Another aspect of the present disclosure relates to the use of a radar circuit described above in a radar level gauge.

Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.Embodiments of the present disclosure are described below with reference to the figures. If the same reference numerals are used in the following description of the figures, they denote the same or similar elements. The representations in the figures are schematic and not to scale.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

1 shows a circuit diagram of a radar MMIC with peripheral circuitry using discrete components.
2 shows a Radar Companion ASIC, which can take over control and detection tasks when operating a purely analog MMIC.
3 shows the structure of a radar circuit for a radar measuring device with the ASIC of 2 .
4 illustrates the universal usability of the Radar Companion ASIC for widely used radar MMICs for level measurement.
5 shows a lateral construction and connection technology.
6 shows an arrangement with a primary radiator on top of the stacked ASICs.
7 shows an arrangement with a primary radiator between the ASICs.
8th shows an arrangement with a primary radiator between the ASICs.
9 shows an arrangement with a primary radiator next to the stacked ASICs.
10 shows an arrangement with a primary radiator on an intermediate level of the stacked ASICs.
11 shows an arrangement with an MMIC in a cavity of the carrier circuit board.
12 shows an arrangement with an MMIC and an RC ASIC in a deep cavity of a multilayer carrier circuit board.
13 shows a measuring device in the form of a radar level gauge.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

1 zeigt einen Radar MMIC, mit einer Peripheriebeschaltung durch diskrete Komponenten. Der Radar MMIC erzeugt ein Radar-Messsignal von 80 GHz, das über die Antenne 118 in Richtung Füllgut abgestrahlt wird. Der MMIC weist einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 107 auf, der von einer externen PLL 104 angesteuert wird. Es ist ein TCXO-Oszillator 115 vorgesehen, der die PLL mit einer Frequenz von 40 MHz ansteuert. Der TCXO steuert auch die Analog-Digital-Wandlerschaltung 105 an. 1 shows a radar MMIC with peripheral circuitry using discrete components. The radar MMIC generates a radar measurement signal of 80 GHz, which is radiated via the antenna 118 in the direction of the filling material. The MMIC has a voltage-controlled oscillator (VCO) 107, which is controlled by an external PLL 104. A TCXO oscillator 115 is provided, which controls the PLL with a frequency of 40 MHz. The TCXO also controls the analog-digital converter circuit 105.

Der MMIC weist neben dem VCO 107 einen Multiplier 108 auf, der vom VCO 107 bei 40 GHz angesteuert wird. Der Multiplier doppelt die Frequenz auf und steuert den TX Verstärker 109 an, der über eine Sende-/Empfangsweiche, beispielsweise einen Zirkulator mit der Antenne 118 verbunden ist. Darüber hinaus ist ein Abwärtskonverter 110 vorgesehen, der Signale vom Multiplier 108 und der Sende-/Empfangsweiche erhält.In addition to the VCO 107, the MMIC has a multiplier 108, which is controlled by the VCO 107 at 40 GHz. The multiplier doubles the frequency and controls the TX amplifier 109, which is connected to the antenna 118 via a transmit/receive switch, for example a circulator. In addition, a down converter 110 is provided, which receives signals from the multiplier 108 and the transmit/receive switch.

Alle übrigen Komponenten befinden sich außerhalb des MMIC. Der Abwärtskonverter 110 gibt sein Signal an eine Verstärkungs- und Filterschaltung 113, welche es dann an den ADC 105 weiterreicht. Der ADC 105 ist über eine SPI Schnittstelle mit dem Prozessor 103 verbunden. Der Prozessor 103 kann Daten mit einem externen Speicher 116 austauschen. Darüber hinaus ist der Prozessor 103 mit einem Feldbusmodem 117 zur Messwertübertragung verbunden.All other components are located outside the MMIC. The down converter 110 sends its signal to an amplification and filter circuit 113, which then passes it on to the ADC 105. The ADC 105 is connected to the processor 103 via an SPI interface. The processor 103 can exchange data with an external memory 116. In addition, the processor 103 is connected to a fieldbus modem 117 for transmitting measured values.

2 zeigt einen Radar Companion ASIC 102, welcher Steuerungs- und Erfassungsaufgaben beim Betrieb eines rein analogen MMIC übernehmen kann. Der ASIC 102 weist eine Linearisierungsschaltung, beispielsweise eine ganzzahlig oder gebrochen rationale PLL 104, eine Energieversorgung 111, eine Selbsttestschaltung 112, eine Verstärkungs- und Filterschaltung 113 oder IF Gain AAF Schaltung 113, eine Analog-Digital-Konverterschaltung 104 (welche beispielsweise eingerichtet ist, analoge Signale mit einer Genauigkeit von 16 Bit und einer Abtastfrequenz von 40MHz in digitale Werte zu überführen), einen First-In-First-Out (FiFo) Speicher 114 und einen endlichen Zustandsautomaten 106 auf. Der ASIC 102 ist ein separates Bauteil, kann jedoch auf derselben Leiterplatte wie der MMIC 101 (s. 3) angeordnet sein. 3 zeigt den Aufbau einer Radarschaltung 100 für ein Radarmessgerät, die den oben beschriebenen ASIC 102 aufweist. Der ASIC 102 ist zwischen den Radarchip 101 und den Prozessor 103 geschaltet. Die Kommunikation zwischen ASIC 102 und Prozessor 103 erfolgt beispielsweise über die FiFo 114 mittels einer QSPI Schnittstelle und, ausgehend vom Prozessor 103, über eine SPI Schnittstelle zur FSM 106. 2 shows a radar companion ASIC 102, which can take over control and detection tasks when operating a purely analog MMIC. The ASIC 102 has a linearization circuit, for example an integer or fractional rational PLL 104, a power supply 111, a self-test circuit 112, an amplification and filter circuit 113 or IF Gain AAF circuit 113, an analog-digital converter circuit 104 (which is set up, for example, to convert analog signals with an accuracy of 16 bits and a sampling frequency of 40 MHz into digital values), a first-in-first-out (FiFo) memory 114 and a finite state machine 106. The ASIC 102 is a separate component, but can be mounted on the same circuit board as the MMIC 101 (see 3 ) should be arranged. 3 shows the structure of a radar circuit 100 for a radar measuring device, which has the ASIC 102 described above. The ASIC 102 is connected between the radar chip 101 and the processor 103. The communication between ASIC 102 and processor 103 takes place, for example, via the FiFo 114 by means of a QSPI interface and, starting from the processor 103, via an SPI interface to the FSM 106.

Der ASIC 102 kann den VCO 107 und den Multiplier 108 des MMIC 101 mit Energie versorgen und einen Selbsttest des MMIC 101 durchführen oder triggern (siehe 3). Insbesondere kann der RC-ASIC 102 zur Funktionsüberprüfung des MMIC 101 eingesetzt werden. Dies ist insbesondere für SIL Anwendungen von Vorteil. Es kann vorgesehen sein, dass der Prozessor 103 auf dem ASIC 102 integriert ist. Er kann aber auch, wie in 3 gezeigt, ein separates Bauteil sein.The ASIC 102 can supply the VCO 107 and the multiplier 108 of the MMIC 101 with energy and perform or trigger a self-test of the MMIC 101 (see 3 ). In particular, the RC-ASIC 102 can be used to check the functionality of the MMIC 101. This is particularly advantageous for SIL applications. It can be provided that the processor 103 is integrated on the ASIC 102. However, it can also, as in 3 shown, be a separate component.

Insbesondere können der MMIC 101 und der RC-ASIC 102 mittels unterschiedlicher Halbleitertechnologien und Chipmaterialien gefertigt sein. So kann der MMIC für die Anwendung bei hohen Frequenzen, beispielsweise 80 GHz oder darüber optimiert sein, wohingegen der RC-ASIC 102 für Anwendungen von deutlich niedrigeren Frequenzen, beispielsweise 40 MHz, optimiert ist. Dies kann im Vergleich zur Integration der ASIC-Baugruppe auf einem MMIC Energie sparen.In particular, the MMIC 101 and the RC-ASIC 102 can be manufactured using different semiconductor technologies and chip materials. For example, the MMIC can be optimized for use at high frequencies, for example 80 GHz or more, whereas the RC-ASIC 102 is optimized for applications at significantly lower frequencies, for example 40 MHz. This can save energy compared to integrating the ASIC assembly on an MMIC.

3 zeigt die universelle Nutzbarkeit des RC-ASIC 102 für Radar MMICs zur Füllstandmessung, die für ganz unterschiedliche Frequenzbereiche ausgelegt sind, beispielsweise für 6 GHz, 24 GHz, 80 GHz,180 GHz und 240 GHz. 3 shows the universal usability of the RC-ASIC 102 for radar MMICs for level measurement, which are designed for very different frequency ranges, for example for 6 GHz, 24 GHz, 80 GHz, 180 GHz and 240 GHz.

4 zeigt eine laterale Aufbau- und Verbindungstechnik zur Bereitstellung einer Radarschaltung 100. Die Radarschaltung 100 weist eine Trägerplatte 400 auf, auf der ein erster anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis in Form eines RC ASICs 102 angeordnet ist. Daneben ist ein weiterer ASIC in Form eines MMIC 101 angeordnet. Die elektrische Verbindung zwischen den beiden ASICs 101, 102 und der Trägerplatte 400 kann mittels Bonddrähten erfolgen. 4 shows a lateral construction and connection technology for providing a radar circuit 100. The radar circuit 100 has a carrier plate 400 on which a first application-specific integrated circuit in the form of an RC ASIC 102 is arranged. Next to it is another ASIC in the form of an MMIC 101. The electrical connection between the two ASICs 101, 102 and the carrier plate 400 can be made by means of bonding wires.

Die Trägerplatte 400 kann in Form einer Leiterplatte realisiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, ein Glasmaterial, ein Keramikmaterial oder ein Halbleitermaterial als Trägerplatte 400 zu verwenden.The carrier plate 400 can be implemented in the form of a printed circuit board. It can also be provided to use a glass material, a ceramic material or a semiconductor material as the carrier plate 400.

Die anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreise 101, 102 weisen üblicherweise eine Backendschicht 401, 402 auf, die beispielsweise aus einem Halbleitermaterial gefertigt werden kann. Oberhalb der Backendschicht 401, 402 befinden sich üblicherweise eine oder mehrere strukturierte Schichten 403, 404, die die Funktion der Schaltkreise beinhalten. Eine Verbindung zu anderen Chips oder einer Trägerplatte 400 kann vorzugsweise - aber nicht ausschließlich - ausgehend von einer funktionalen Schicht 403, 404 aus hergestellt werden.The application-specific integrated circuits 101, 102 typically have a backend layer 401, 402, which can be made from a semiconductor material, for example. Above the backend layer 401, 402 there are typically one or more structured layers 403, 404, which contain the function of the circuits. A connection to other chips or a carrier plate 400 can preferably - but not exclusively - be made starting from a functional layer 403, 404.

5 zeigt das in der oberen Darstellung der 4 abgebildete Modul 100 auf einem Leiterplattensubstrat 500, beispielsweise einer FR4-Leiterplatte. Daneben ist der Prozessor 103 angeordnet sowie exemplarisch ein weiteres elektronisches Bauteil, beispielsweise ein Widerstand. 5 shows the upper illustration of the 4 The module 100 shown is on a circuit board substrate 500, for example an FR4 circuit board. The processor 103 is arranged next to it, as well as another electronic component, for example a resistor.

6 zeigt eine Anordnung beziehungsweise Radarschaltung 100 mit einem Primärstrahler 600, der sich auf der Oberseite des MMIC 101 befindet. Zwischen dem MMIC 101 und der Trägerplatte 400 befindet sich der RC ASIC 102. Auch hier kann die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen mittels Bondtechnik erfolgen. 6 shows an arrangement or radar circuit 100 with a primary radiator 600, which is located on the top of the MMIC 101. The RC ASIC 102 is located between the MMIC 101 and the carrier plate 400. Here, too, the electrical connection between the individual components can be made using bonding technology.

7 zeigt eine weitere Anordnung 100 mit einem Primärstrahler 600 (nicht dargestellt), der sich auf der Unterseite des zweiten ASICs 101 befindet, also zwischen den beiden ASICs 101, 102. 7 shows a further arrangement 100 with a primary radiator 600 (not shown), which is located on the underside of the second ASIC 101, i.e. between the two ASICs 101, 102.

Auf dem Träger 400 oder in der Trägerplatte 400 befindet sich eine Metallisierung 701, die als Reflektor für das Radarmesssignal dient, das von dem auf der Unterseite des MMIC 101 befindlichen Primärstrahler 600 ausgesendet wird.On the carrier 400 or in the carrier plate 400 there is a metallization 701 which serves as a reflector for the radar measurement signal emitted by the primary radiator 600 located on the underside of the MMIC 101.

8 zeigt eine Anordnung 100 mit dem Primärstrahler zwischen den beiden ASICs 101, 102. Auf der Oberseite des unteren, ersten ASICs 102 befindet sich eine Metallisierung 702 als Reflektor, und zwar in einem Abstand λ/2 zum Primärstrahler. 8th shows an arrangement 100 with the primary radiator between the two ASICs 101, 102. On the top of the lower, first ASIC 102 there is a metallization 702 as a reflector, at a distance λ/2 from the primary radiator.

9 zeigt eine Anordnung 100 mit dem Primärstrahler 600, der auf der Oberfläche der Trägerplatte 400 neben dem zweiten ASIC 101 angeordnet ist. 9 shows an arrangement 100 with the primary radiator 600 arranged on the surface of the carrier plate 400 next to the second ASIC 101.

Der Primärstrahler 600 kann mittels Bondtechnik mit dem zweiten ASIC 101 verbunden sein.The primary radiator 600 can be connected to the second ASIC 101 by means of bonding technology.

Der zweite ASIC 101 befindet sich auf der Trägerplattenoberseite und darüber befindet sich der erste ASIC 102.The second ASIC 101 is located on the top of the carrier plate and above it is the first ASIC 102.

10 zeigt eine Anordnung 100 mit dem Primärstrahler 600 auf einer Zwischenebene der gestapelten ASICs 101, 102, nämlich auf der Oberseite des zweiten ASICs 101. Ebenfalls auf der Oberseite des zweiten ASICs 101 ist der erste ASIC 102 angeordnet. Der Primärstrahler befindet sich daneben. 10 shows an arrangement 100 with the primary radiator 600 on an intermediate level of the stacked ASICs 101, 102, namely on the top of the second ASIC 101. The first ASIC 102 is also arranged on the top of the second ASIC 101. The primary radiator is located next to it.

11 zeigt eine Anordnung 100 mit einem MMIC beziehungsweise zweiten ASIC 101 in einer Kavität der Trägerleiterplatte 500. Der erste ASIC 102 befindet sich oberhalb des zweiten ASICs 101, jedoch etwas seitlich verschoben, so dass ein Teil von ihm auf dem Substrat 500 aufliegt. Ebenfalls auf der Oberseite des Substrats 500 ist der Primärstrahler 600 angeordnet. 11 shows an arrangement 100 with an MMIC or second ASIC 101 in a cavity of the carrier circuit board 500. The first ASIC 102 is located above the second ASIC 101, but slightly offset to the side so that part of it rests on the substrate 500. The primary radiator 600 is also arranged on the top of the substrate 500.

12 zeigt eine weitere Anordnung 100, bei der sowohl der erste ASIC 102 als auch der zweite ASIC 101 in einer tiefen Kavität einer Multilayer-Trägerleiterplatte 500 angeordnet sind. Hierbei befindet sich der erste ASIC 102 in einer Kavität der unteren Laminatschicht der zweischichtigen Trägerleiterplatte und darüber befindet sich der zweite ASIC 101. 12 shows a further arrangement 100 in which both the first ASIC 102 and the second ASIC 101 are arranged in a deep cavity of a multilayer carrier circuit board 500. Here, the first ASIC 102 is located in a cavity of the lower laminate layer of the two-layer carrier circuit board and the second ASIC 101 is located above it.

Der untere ASIC 102 ist mittels Bonddrähten an Leitungen der unteren Laminatschicht angeschlossen und der obere ASIC 101 mit Bonddrähten an Leitungen der oberen Laminatschicht.The lower ASIC 102 is connected to lines of the lower laminate layer by means of bonding wires and the upper ASIC 101 is connected to lines of the upper laminate layer by means of bonding wires.

13 zeigt ein Messgerät 20 in Form eines Radarfüllstandmessgeräts, das die oben beschriebene Radarschaltung und eine Füllstandradarantenne 118 zum Abstrahlen des Radarmesssignals und zum Empfangen des an der Füllgutoberfläche reflektierten Radarmesssignals aufweist. 13 shows a measuring device 20 in the form of a radar level measuring device, which has the radar circuit described above and a level radar antenna 118 for emitting the radar measurement signal and for receiving the radar measurement signal reflected on the filling material surface.

Die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sollten so ausgelegt werden, dass sie die weitestmögliche vernünftige Interpretation in Übereinstimmung mit der vorstehenden Beschreibung erhalten. Zum Beispiel sollte die Verwendung des Artikels „ein“ oder „der“ bei der Einführung eines Elements nicht so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen ausschließt. Ebenso sollte die Erwähnung von „oder“ so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen einschließt, so dass die Erwähnung von „A oder B“ nicht „A und B“ ausschließt, es sei denn, aus dem Kontext oder der vorangehenden Beschreibung geht klar hervor, dass nur eines von A und B gemeint ist. Ferner ist die Formulierung „mindestens eines von A, B und C“ als eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe von Elementen zu verstehen, die aus A, B und C besteht, und nicht so auszulegen, dass mindestens eines von jedem der aufgeführten Elemente A, B und C erforderlich ist, unabhängig davon, ob A, B und C als Kategorien oder auf andere Weise miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sollte die Erwähnung von „A, B und/oder C“ oder „mindestens eines von A, B oder C“ so ausgelegt werden, dass sie jede einzelne Einheit der aufgeführten Elemente, z. B. A, jede Teilmenge der aufgeführten Elemente, z. B. A und B, oder die gesamte Liste der Elemente A, B und C umfasst.The terms used in the claims should be construed to give them the broadest reasonable interpretation consistent with the foregoing description. For example, the use of the article “a” or “the,” when introducing an element, should not be interpreted to exclude a plurality of elements. Similarly, mention of “or” should be interpreted to include a plurality of elements, so that mention of “A or B” does not exclude “A and B,” unless it is clear from the context or preceding description that only one of A and B is meant. Further, the phrase “at least one of A, B, and C” should be understood to mean one or more elements from a group of elements consisting of A, B, and C, and should not be interpreted to require at least one of each of the listed elements A, B, and C, whether A, B, and C are related as categories or otherwise. Furthermore, mention of “A, B, and/or C” or “at least one of A, B, or C” should be interpreted to include any individual unit of the listed elements, e.g. A, any subset of the listed elements, e.g. B. A and B, or the entire list of elements A, B and C.

Claims

Radar circuit (100) for a level measuring device (20), comprising: a first application-specific integrated circuit (102), ASIC; a second ASIC (101); wherein the first ASIC (102) has a first structure size and/or is manufactured using a first semiconductor technology; wherein the second ASIC (101) has a second structure size and/or is manufactured using a second semiconductor technology; wherein the first structure size is different from the second structure size; and/or wherein the first semiconductor technology is different from the second semiconductor technology.

Radar circuit (100) after Claim 1 , wherein the second ASIC (101) has an operating range of 6 GHz, 24 GHz, 60 GHz, 80 GHz, 120 GHz, 180 GHz or 240 GHz, or above.

Radar circuit (100) after Claim 1 or 2 , wherein the second ASIC (101) is an MMIC, Monolithic Microwave Integrated Circuit.

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first ASIC (102) has an operating range in the megahertz range.

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first feature size is less than 50 nm.

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first ASIC (102) and the second ASIC (101) are arranged one above the other, stacked or overlapping each other.

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first ASIC (102) is arranged on a carrier plate (400, 500), wherein the second ASIC (101) is arranged on the first ASIC (102).

Radar circuit (100) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the second ASIC (101) is arranged on or in a recess of the carrier plate (400, 500), wherein the first ASIC (102) is arranged on the second ASIC (101).

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first ASIC (102) has on its upper side a metallization (702) as a reflector in order to reflect the radar measurement signals generated by the second ASIC (101).

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the carrier plate (400, 500) below the first ASIC (102) has a metallization (701) as a reflector in order to reflect the radar measurement signals generated by the second ASIC (101).

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, comprising: a primary radiator (600) configured to emit the radar measurement signal generated by the second ASIC (101), which is arranged on the second ASIC or on the carrier plate (400, 500).

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first ASIC (102) has a phase locked loop (104), PLL, an analog-digital converter circuit (105), ADC, a finite state machine (106), FSM, and/or a digital interface to a processor (103) of the radar circuit.

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first ASIC (102) is arranged to supply a voltage controlled oscillator (107), VCO, of the second ASIC (101) and/or a multiplier (108) of the second ASIC.

Radar circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first ASIC (102) and the second ASIC (101) are separate components.

Use of a radar circuit (100) according to one of the preceding claims in a radar level measuring device (20).

Radar level measuring device (20) with a radar circuit (100) according to one of the Claims 1 until 14 .